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UNIAXIALLY MAGNETICALLY ANISOTROPIC BULK MAGNETIC MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF commons

Patent code P170014770
File No. N17038
Posted date Dec 25, 2017
Application number P2017-198361
Publication number P2019-075403A
Date of filing Oct 12, 2017
Date of publication of application May 16, 2019
Inventor
  • (In Japanese)佐藤 敏郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title UNIAXIALLY MAGNETICALLY ANISOTROPIC BULK MAGNETIC MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel magnetic material that can be suitably used in a frequency band of 10 MHz to several hundreds of MHz.
SOLUTION: A uniaxially magnetically anisotropic bulk magnetic material according to the present invention is configured as a bulk body in which flat magnetic powder having uniaxial magnetic anisotropy is laminated and oriented with the same plane direction of flat magnetic powder, and is filled in a matrix material. As the uniaxially magnetically anisotropic bulk magnetic material, it is preferable that the flat ratio d/D is 1/10 or less when the outer diameter of the flat magnetic powder is D and the thickness is d, and in the flat magnetic powder, the surface of the magnetic powder is coated with an insulating film.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

現在、低炭素社会の実現に向け、次世代のパワーエレクトロニクスとして、10MHz~数百MHz帯域での使用を想定した超高周波電力変換技術の研究開発がはじまっている。このよう高周波領域での使用を想定した電力変換用デバイスとしてはGaNやSiC、次世代としてGa2O3やダイヤモンド系といったパワー半導体がある。
10MHz以上の高周波領域の電力変換回路において問題となるのが、高周波領域で使用することができるリアクトルやトランス用の磁性材料(磁心材料)である。これらの磁心材料にはさまざまな材料が存在するが、MHz帯以上の高周波域で使用できる可能性のある材料として現在知られているものは、Ni-Zn系フェライト材料のみである(非特許文献1、2)。

Ni-Zn系フェライト材料は105Ω・mという高い電気抵抗率を有し、高周波用磁心材料として通信回路の小信号用インダクタに多用されてきた。しかしながら、Ni-Zn系フェライト材料であっても、自然共鳴と言われる磁気共鳴現象により使用周波数の上限が制限される。フェライト組成や結晶粒径の微細化等で透磁率を下げ、自然共鳴周波数を高くして周波数帯域を高周波側に延ばしたとしても、100MHzまでの使用が限界である。また、Ni-Znフェライトは磁束密度に対するコアロスの非線形に強く、自然共鳴周波数以下の周波数でも、磁束密度振幅の大きな高周波電力変換回路に使用する場合は磁心による損失が大きく、電力変換効率を下げる大きな要因になる。Ni-Zn系フェライト材料は飽和磁束密度が0.3T以下と低く、キュリー温度が300℃前後であるため、耐熱温度も140℃程度に制限されるという問題もあり、実際上、10MHz以上の周波数帯域をねらう磁性材料としてNi-Zn系フェライト材料は大きな課題を抱えている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は一軸磁気異方性バルク磁性材料及びその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一軸磁気異方性を備える扁平磁性粉末が、扁平磁性粉末の面方向を同一にして積層配向され、マトリックス材に充填されたバルク体として構成されていることを特徴とする一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項2】
 
前記扁平磁性粉末の外径をD、厚さをdとするとき、扁平比d/Dが1/10以下であることを特徴とする請求項1記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項3】
 
前記扁平磁性粉末は、磁性粉末の表面が絶縁皮膜により被覆されていることを特徴とする請求項1または2記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項4】
 
前記扁平磁性粉末が、Fe系アモルファス合金あるいはFe系ナノ結晶合金であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項5】
 
前記マトリックス材が、樹脂材料あるいは無機材料の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項6】
 
前記バルク体は、シート状であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項7】
 
前バルク体が、厚さ方向に複数層に積層されてなることを特徴とする請求項6記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料。

【請求項8】
 
下記のa)~c)の工程をこの順に備えることを特徴とする一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。
a)扁平磁性粉末とマトリックス材とを混錬してコンポジットスラリを調製する工程。
b)前記コンポジットスラリをシート状に成形し、コンポジットスラリに含まれている扁平磁性粉末を、面方向を同一にして積層配向させた半硬化シートを作製する工程。
c)半硬化シートを磁界中で熱処理し、半硬化シートを完全に熱硬化させるとともに一軸磁気異方性を備えるバルク体を作製する磁界中熱処理工程。

【請求項9】
 
前記半硬化シートを作製する工程b)の後工程として、
d)前記半硬化シートを複数枚積層し、半硬化シートの積層体を作製する工程
を備え、
前記c)工程において、前記半硬化シートの積層体に対して磁界中熱処理を施すことを特徴とする請求項8記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。

【請求項10】
 
前記b)工程と、c)工程とを繰り返し、半硬化シートが硬化した硬化シートを複数層に積層して形成することを特徴とする請求項8記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。

【請求項11】
 
前記b)工程においては、
一対のプレスプレート間に前記コンポジットスラリを供給し、前記プレスプレートによりコンポジットスラリを厚さ方向に加圧して前記半硬化シートを形成することを特徴とする請求項8~10のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。

【請求項12】
 
前記b)工程においては、
ドクターブレード法を利用して前記コンポジットスラリをシート状に成形することを特徴とする請求項8~10のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。

【請求項13】
 
前記a)工程においては、
球形の磁性粉末に扁平加工を施して扁平形状とした扁平磁性粉末を用いることを特徴とする請求項8~12のいずれか一項記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。

【請求項14】
 
前記球形の磁性粉末に扁平加工を施して扁平形状とした扁平磁性粉末を作製した後、
前記扁平磁性粉末に、大気中アニール処理を施して、扁平磁性粉末に残留する加工歪を除去するとともに、前記扁平磁性粉末の表面に絶縁皮膜として熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項13記載の一軸磁気異方性バルク磁性材料の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017198361thum.jpg
State of application right Published
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